橋梁檢測(cè)車(chē)自適應(yīng)定位控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制技術(shù)，尤其涉及一種橋梁檢測(cè)車(chē)自適應(yīng)定位控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]橋梁檢測(cè)車(chē)在橋梁檢測(cè)、道路維修方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的角色，其廣闊的應(yīng)用需求使得橋梁檢測(cè)車(chē)的控制也顯得越來(lái)越重要。理論上，橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)各構(gòu)件和配合公差是相當(dāng)精準(zhǔn)的，但在實(shí)際上，這些構(gòu)件在工廠制作過(guò)程中和現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)均會(huì)產(chǎn)生一定誤差，另外在安裝固定鎖緊楔時(shí)也會(huì)產(chǎn)生誤差。假定這些誤差之和是個(gè)常數(shù)，是可以糾正的，但隨氣候的變化、橋梁受載后的形變誤差、檢測(cè)車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械間隙的積累誤差以及控制系統(tǒng)自身的檢測(cè)誤差等則是不可預(yù)知的。這對(duì)于要求主支撐在鎖緊楔處定位精度不超過(guò)±2_的條件來(lái)說(shuō)，實(shí)在是太苛刻了 ！因此，我們需要一種有效的橋梁檢測(cè)車(chē)自適應(yīng)定位控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種橋梁檢測(cè)車(chē)自適應(yīng)定位控制系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種橋梁檢測(cè)車(chē)自適應(yīng)定位控制系統(tǒng)。
[0005]所述橋梁檢測(cè)車(chē)包括行走靴和行走小車(chē)；
[0006]所述行走靴為用于檢測(cè)車(chē)和橋梁之間緊密接觸和固定的裝置，包括小車(chē)軌道、可伸縮的導(dǎo)向輪和可伸縮的鎖緊鉤；
[0007]所述行走小車(chē)為檢測(cè)車(chē)的驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)行走靴和檢測(cè)車(chē)在大橋梁上弦行走，包括可伸縮的主支撐和行走輪；
[0008]該系統(tǒng)包括:
[0009]行走靴換段控制模塊，用于控制行走靴換段；主要包括:
[0010]計(jì)算行走靴在換段時(shí)需要走的長(zhǎng)度L ；
[0011 ] L = LT+ (Lr_Ll) / 2
[0012]其中，LTS目標(biāo)段長(zhǎng)度，(Lr_LJ/2在當(dāng)前段對(duì)中產(chǎn)生的偏差量，k為左鎖緊鉤執(zhí)行鎖緊動(dòng)作時(shí)向行走靴中心所伸出的長(zhǎng)度，lrS右鎖緊鉤執(zhí)行鎖緊動(dòng)作時(shí)向行走靴中心所伸出的長(zhǎng)度；
[0013]根據(jù)行走靴在換段時(shí)需要走的長(zhǎng)度，獲得行走靴在任意位置的3個(gè)支撐點(diǎn)(扎、Hr和hm)的控制值；
[0014]行走小車(chē)定位控制模塊，用于當(dāng)行走靴行走結(jié)束用水平鎖緊鉤定位后，控制行走小車(chē)在目標(biāo)段區(qū)間行走；
[0015]主要包括:
[0016]檢測(cè)和更新在目標(biāo)段的長(zhǎng)度Lt，Lt=Lc-U_Lr;式中:LT為本段檢測(cè)的長(zhǎng)度，即在本段小車(chē)要行走的總長(zhǎng)度；LC是常數(shù)，為兩鎖緊鉤執(zhí)行機(jī)構(gòu)中心點(diǎn)之間的長(zhǎng)度為為左鎖緊鉤執(zhí)行鎖緊動(dòng)作時(shí)向行走靴中心所伸出的長(zhǎng)度；LR為右鎖緊鉤執(zhí)行鎖緊動(dòng)作時(shí)向行走靴中心所伸出的長(zhǎng)度；
[0017]在行走靴兩端離固定端點(diǎn)Ljg離的位置各設(shè)置了一個(gè)觸發(fā)開(kāi)關(guān)，當(dāng)檢測(cè)車(chē)行走至觸發(fā)開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)；
[0018]接收到觸發(fā)信號(hào)后，將檢測(cè)車(chē)切換至低速擋；
[0019]使檢測(cè)車(chē)以低速方式走完剩下的行程Xp X1= (L T_X)+Lx;
[0020]其中，Lx為小車(chē)走行定位偏差值，L τ為在本段小車(chē)要行走的總長(zhǎng)度，X為在本段小車(chē)已行走的總長(zhǎng)度；
[0021]其中，Lx=(L T-X) - (L「LR (或 Ll))；
[0022]1^為觸發(fā)開(kāi)關(guān)距定位端鎖緊機(jī)構(gòu)中心點(diǎn)的長(zhǎng)度，L R (或LJ為定位端鎖緊鉤伸出的長(zhǎng)度(前進(jìn)方向用LR，后退方向用LJ，(LT-X)為理論剩余長(zhǎng)度，(L1-U)為設(shè)計(jì)的實(shí)際剩余長(zhǎng)度。
[0023]按上述方案，所述行走靴在任意位置的3個(gè)支撐點(diǎn)參數(shù)為H、H#P行走靴的左導(dǎo)向輪支撐伸縮長(zhǎng)度；HR為行走靴的右導(dǎo)向輪支撐伸縮長(zhǎng)度；HM為行走小車(chē)的主支撐伸縮長(zhǎng)度。
[0024]按上述方案，所述行走靴在任意位置的3個(gè)支撐點(diǎn)參數(shù)為預(yù)先通過(guò)大量采樣對(duì)理論計(jì)算值進(jìn)行修正獲得。
[0025]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:通過(guò)使用本發(fā)明的控制系統(tǒng)，能保證需要的精度控制。這對(duì)于類(lèi)似的工程機(jī)械和橋梁機(jī)械，有非常重要和普遍的借鑒和推廣價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0026]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的鄭焦黃河大橋局部外形圖；
[0028]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的鄭焦黃河大橋檢測(cè)車(chē)裝置圖；
[0029]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的行走靴運(yùn)動(dòng)模型結(jié)構(gòu)(正坡)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031]一種橋梁檢測(cè)車(chē)自適應(yīng)定位控制系統(tǒng)，橋梁檢測(cè)車(chē)包括行走靴和行走小車(chē)；所述行走靴為用于檢測(cè)車(chē)和橋梁之間緊密接觸和固定的裝置，包括小車(chē)軌道、可伸縮的導(dǎo)向輪和可伸縮的鎖緊鉤；
[0032]所述行走小車(chē)為檢測(cè)車(chē)的驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)行走靴和檢測(cè)車(chē)在大橋梁上弦行走，包括可伸縮的主支撐和行走輪；
[0033]該系統(tǒng)包括:
[0034]行走靴換段控制模塊；
[0035]設(shè):
[0036]XT為行走靴到目標(biāo)段要行走的投影長(zhǎng)度；
[0037]&為過(guò)中點(diǎn)所需行走的投影長(zhǎng)度；
[0038]a i為行走靴當(dāng)前所在段梁面與水平面夾角；
[0039]α 2為行走靴目標(biāo)所在段梁面與水平面夾角；
[0040]Y。、Y1、Y2是橋梁支撐柱高度；
[0041]扎為左導(dǎo)向輪支撐伸縮長(zhǎng)度；
[0042]HR為右導(dǎo)向輪支撐伸縮長(zhǎng)度；
[0043]HM為主支撐伸縮長(zhǎng)度；
[0044]θ X為行走靴與水平面夾角；
[0045]Xn為行走靴當(dāng)前段的投影長(zhǎng)度(兩立柱鎖緊楔間的中心長(zhǎng)度的水平投影)
[0046]Xn+1為行走靴當(dāng)前目標(biāo)段的投影長(zhǎng)度(兩立柱鎖緊楔間的中心長(zhǎng)度的投影)
[0047]為了消除檢測(cè)車(chē)在多段間行走造成的積累誤差，行走靴采用了中心點(diǎn)(行走靴和目標(biāo)段在水平投影上的中心點(diǎn))對(duì)齊的算法，即:
[0048]XT = Xn+1+(Xn+1-Xn)/2 ；
[0049]Xc = XT/2 ；
[0050]以上是理論模型，原則上，只要有源段長(zhǎng)度、目標(biāo)段長(zhǎng)度、行走靴長(zhǎng)度(定長(zhǎng))和行走靴軌道角度，就可以計(jì)算出行走靴在任意位置的3個(gè)支撐點(diǎn)0t、HR和Hm)的合適參數(shù)，該模型通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，效果良好。
[0051]在行走靴運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，3個(gè)支撐點(diǎn)0t、HR和Hm)的參數(shù)配合至關(guān)重要，如果控制不當(dāng)，行走靴可能因受力原因而無(wú)法動(dòng)作。理想的情況下，左右導(dǎo)向輪如果都能與梁上弦的弦面接觸，可以使行走靴受力最輕，行走方向最正，但在實(shí)際情況下，我們首先希望主支撐頂升的高度略大(防止行走靴懸空)，與運(yùn)動(dòng)方向相同的導(dǎo)向輪(例如向左運(yùn)動(dòng)時(shí)左導(dǎo)向輪，向右運(yùn)動(dòng)時(shí)右導(dǎo)向輪)支撐力略大，而與運(yùn)動(dòng)方向相反的導(dǎo)向輪支撐力略小，另外在行走靴起步階段和接近目的地階段，左右導(dǎo)向輪還有一個(gè)特別升降動(dòng)作(讓鎖緊鉤越過(guò)鎖緊楔)，在特殊情況下，行走靴的兩個(gè)導(dǎo)向輪的動(dòng)作卻恰恰相反，情況非常復(fù)雜，加之角度檢測(cè)儀的精度達(dá)不到萬(wàn)分之一且波動(dòng)太大(因?yàn)檎饎?dòng)和空氣的流動(dòng)等因素造成)因此在實(shí)際控制過(guò)程中采用理論模型來(lái)計(jì)算H、h#phm的控制值顯然是不合適的。
[0052]取而代之，使用離線理論計(jì)算，將抽樣計(jì)算結(jié)果在控制系統(tǒng)中建立了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)
[0053]Hl(x) = [hLl，hL2，hL3，hL4，hL5，hL6，hL7，hL8]
[0054]Hm(x) = [hMl，hM2，hM3，hM4，hM5，hM6，hM7，hM8]
[0055]Hr(x) = [hRl，hR2，hR3，hR4，hR5，hR6，hR7，hR8]
[0056]這是一個(gè)與行走靴行走長(zhǎng)度相關(guān)的函數(shù)，實(shí)質(zhì)上是理論或設(shè)計(jì)模型中的部分“抽樣”數(shù)據(jù)。它將整個(gè)行走的目標(biāo)段長(zhǎng)度分成八份(起步段、<Xc前3段、>Xc后3段和結(jié)束段)，每份長(zhǎng)度單位都有一套三點(diǎn)支撐的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)Ov h#PhR)，每段的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)理論計(jì)算并修正后存入控制系統(tǒng)的。雖然“段”分得越多控制精度也會(huì)越高，但如果分得太多，控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)將會(huì)更頻繁。實(shí)踐證明，分成八個(gè)段，不僅使得控制簡(jiǎn)單，還避免了控制系統(tǒng)頻繁調(diào)節(jié)所帶來(lái)的“不穩(wěn)定”因素。
[0057]換段操作中，行走靴軌面和目標(biāo)段面之間中心對(duì)齊的原則是不能變的，實(shí)際采用了更為簡(jiǎn)單直接的模型:
[0058]L = LT+ (Lr-Ll) /2
[0059]即:換段時(shí)行走靴要走的全長(zhǎng)為目標(biāo)段長(zhǎng)度(LT)加上在當(dāng)前段對(duì)中產(chǎn)生的偏差量((Lr-Ll)/2)0
[0060]主行走小車(chē)定位精度自適應(yīng)控制模塊；
[0061]當(dāng)行走靴到達(dá)目的地且鎖緊鉤鎖緊后所檢測(cè)的長(zhǎng)度便成為該段的最新長(zhǎng)度。在該長(zhǎng)度范圍內(nèi)，檢測(cè)車(chē)可以往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0062]這里所說(shuō)“精確定位”是指檢測(cè)車(chē)主支撐中心線行走到行走靴某端與鎖緊楔垂直的中心點(diǎn)位置，如圖2所示。
[0063]1)主行走小車(chē)行走長(zhǎng)度
[0064]當(dāng)行走靴水平鎖緊鉤定位后，就可以“測(cè)量”出在當(dāng)前段主行走小車(chē)可以行走的長(zhǎng)度。
[0065]設(shè)主行走小車(chē)當(dāng)前主支撐定位位置為“0”點(diǎn)(這是因?yàn)樵诰_定位的前提下，主支撐和大橋主支撐梁上的鎖緊楔及鎖緊鉤三點(diǎn)中心線與地面呈垂直直線)，則本段新的長(zhǎng)度為:
[0066]LT= L c_Ll_Lr
[0067]式中:
[0068]LT 一本段檢測(cè)的長(zhǎng)度
[0069]Le—常數(shù)，為兩鎖緊鉤執(zhí)行機(jī)構(gòu)中心點(diǎn)之間的長(zhǎng)度
[0070]U—為左鎖緊鉤執(zhí)行鎖緊動(dòng)作時(shí)向行走靴中心所伸出的長(zhǎng)度(用力矩判斷)
[0071]LR—為右鎖緊鉤執(zhí)行鎖緊動(dòng)作時(shí)向行走靴中心所伸出的長(zhǎng)度(用力矩判斷)
[0072]“作為小車(chē)可行走的長(zhǎng)度，平均約13米左右，相對(duì)于從0點(diǎn)到終點(diǎn)誤差±2_(約萬(wàn)分之一點(diǎn)五)的要求來(lái)說(shuō)，很顯然難于實(shí)現(xiàn)，何況1^的測(cè)量值仍然還是一個(gè)“模糊”精度(與力矩的檢測(cè)時(shí)間、門(mén)檻值的設(shè)定和機(jī)械誤差有關(guān))。只有將誤差“放大”到控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)，那樣才可能實(shí)現(xiàn)高精度要求的控制。
[0073]2)誤差評(píng)估計(jì)算
[0074]為了“放大”誤差，我們?cè)谛凶哐啥嗽诒ＷC不影響行走小車(chē)走行且離固定端點(diǎn)盡可能近的位置(約2米的地方)各設(shè)置了一個(gè)“觸發(fā)”開(kāi)關(guān)，將誤差控制放大到千分之一，當(dāng)行走小車(chē)觸發(fā)到該開(kāi)關(guān)的時(shí)候，表明離理論終點(diǎn)最多還有一個(gè)已知長(zhǎng)度。但實(shí)際情況中，檢測(cè)車(chē)的側(cè)梁并不能保證與地面垂直運(yùn)行，這就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)因提前或滯后觸發(fā)帶來(lái)的誤差，該誤差就是控制系統(tǒng)最后要進(jìn)行修正的偏差量。其評(píng)估公式如下:
[0075]Lx= (Lt-X)-(L1_Lr(SLl))
[0076]式中:
[0077]Lx—小車(chē)走行定位偏差值
[0078]LT—在本段小車(chē)要行走的總長(zhǎng)度(見(jiàn)3.2.1)
[0079]X—在本段小車(chē)已行走的總長(zhǎng)度
[0080]L